考虑延时特性影响的风电调频下垂系数修正方法及系统技术方案

本发明专利技术提供了一种考虑延时特性影响的风电调频下垂系数修正方法及系统，建立考虑风电调频延时特性、以及转速恢复控制的系统频率响应模型，通过系统频率响应模型计算得到系统传递函数，并对其进行解析求解得到系统频率关键指标；分析延时特性对电网频率动态的影响机理，确定各关键指标和延时的关系；在确定关系结果的基础上，修正下垂控制系数，使系统频率最低点达到预设要求。本发明专利技术能够有效地提高系统频率最低点，使系统频率最低点与不考虑延时特性时一致。特性时一致。特性时一致。

【技术实现步骤摘要】
考虑延时特性影响的风电调频下垂系数修正方法及系统


[0001]本专利技术属于风电调频控制
，涉及一种考虑延时特性影响的风电调频下垂系数修正方法及系统。

技术介绍

[0002]本部分的陈述仅仅是提供了与本专利技术相关的
技术介绍
信息，不必然构成在先技术。
[0003]为了应对全球气候变化和环境污染危机，风能、太阳能等清洁能源受到越来越多的关注。但由于新能源发电通过电力电子设备并网，导致其转子转速与电网频率解耦。随着新能源渗透率的提高，势必会减弱电网的频率安全性。为此，新能源参与电网的一次调频成为一种势在必行的选择。目前，国内外对风电机组参与电网频率控制已经展开了富有成效的研究，主要有利用转子动能和功率备用两种方式，其中，利用转子动能的风电机组运行在最大功率点追踪模式(Maximum Power Point Tracking，MPPT)，经济性更好。同时，目前对风电机组参与电网调频的方式的研究大多集中于模拟同步机，主要包括虚拟惯量控制和下垂控制，其中，虚拟惯量控制旨在模拟同步机的惯量响应，以频率变化率作为输入信号；下垂控制旨在模拟同步机的一次调频，以频率偏差作为输入信号，两者结合又称为综合惯性控制。
[0004]然而，风电机组采用综合惯性控制参与电网调频本质上是快速功率响应，与同步机瞬时的惯量响应不同，其需要经过测频、通信、响应环节，存在一定延时。目前对风电机组功率响应延时特性的研究较少，延时特性对电网频率动态的影响机理尚不清晰。

技术实现思路

[0005]本专利技术为了解决上述问题，提出了一种考虑延时特性影响的风电调频下垂系数修正方法及系统，本专利技术能够有效地提高系统频率最低点，使系统频率最低点与不考虑延时特性时一致。
[0006]根据一些实施例，本专利技术采用如下技术方案：
[0007]一种考虑延时特性影响的风电调频下垂系数修正方法，包括以下步骤：
[0008]建立考虑风电调频延时特性、以及转速恢复控制的系统频率响应模型，通过系统频率响应模型计算得到系统传递函数，并对其进行解析求解得到系统频率关键指标；
[0009]分析延时特性对电网频率动态的影响机理，确定各关键指标和延时的关系；
[0010]在确定关系结果的基础上，修正下垂控制系数，使系统频率最低点达到预设要求。
[0011]作为可选择的实施方式，建立考虑风电调频延时特性、以及转速恢复控制的系统频率响应模型的具体过程包括构建风电机组综合惯性控制结构，将风电调频功率响应的延时近似等效为一阶惯性环节，表示风机的有功响应；
[0012]对系统的参数进行折算，在经典系统频率响应模型基础上，加入风电机组的有功控制环节，风机在调频期间采用综合惯性控制，同时考虑风电渗透率水平及风电调频的延
时，得到最终的系统频率响应模型。
[0013]作为进一步的限定，构建风电机组综合惯性控制结构的具体过程包括：下垂控制环节、虚拟惯量控制环节和转速恢复控制环节，其中：
[0014]虚拟惯量控制环节的输出功率与系统频率变化率成正比，以模拟同步机的惯量响应；下垂控制环节的输出功率与系统频率偏差呈正比，以模拟同步机的一次调频；
[0015]风电机组正常运行在最大功率点跟踪模式，发生功率扰动时，采用综合惯性控制参与电网调频，响应功率与系统频率变化率与系统频率偏差成正比，调频期间将速度控制器闭锁；当风机退出调频后，风机在速度控制器的作用下将转子转速恢复至额定值，风机恢复至最大功率点跟踪运行模式。
[0016]作为可选择的实施方式，通过系统频率响应模型计算得到系统传递函数的过程中，假设功率突变量为阶跃扰动，表达系统频率响应。
[0017]作为可选择的实施方式，所述系统频率关键指标包括系统频率最低点、系统频率最大变化率及系统稳态频率偏差。
[0018]作为进一步的，利用拉普拉斯变换初值定理，计算系统频率最大变化率；
[0019]利用拉普拉斯变换终值定理，计算系统稳态频率偏差；
[0020]对系统频率响应模型进行降阶，对降阶后模型进行解析求解，重新表达频率响应，再进行拉普拉斯反变换，得到系统频率响应表达式时域解，令系统频率微分等于零，求得到达频率最低点的时间，以及系统频率最低点。
[0021]作为可选择的实施方式，确定各关键指标和延时的关系的结果包括系统最大频率变化率与延时大小无关；
[0022]系统稳态频率偏差与延时大小无关；
[0023]系统频率最低点会随着延时的增大而减小。
[0024]作为可选择的实施方式，修正下垂控制系数的具体过程包括计算不考虑延时特性时系统频率最低点，计算不考风电调频虑延时特性时系统频率最低点，令两者相等，进而求得与不考虑延时特性时系统频率最低点相等的修正下垂系数；
[0025]根据修正下垂系数进行下垂控制系数的修正，实现调频。
[0026]一种考虑延时特性影响的风电调频下垂系数修正系统，包括：
[0027]系统频率关键指标计算模块，被配置为建立考虑风电调频延时特性、以及转速恢复控制的系统频率响应模型，通过系统频率响应模型计算得到系统传递函数，并对其进行解析求解得到系统频率关键指标；
[0028]影响分析模块，被配置为分析延时特性对电网频率动态的影响机理，确定各关键指标和延时的关系；
[0029]修正控制模块，被配置为在确定关系结果的基础上，修正下垂控制系数，使系统频率最低点达到预设要求。
[0030]一种控制设备，包括处理器和计算机可读存储介质，处理器用于实现各指令；计算机可读存储介质用于存储多条指令，所述指令适于由处理器加载并执行所述的方法中的步骤。
[0031]与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：
[0032]本专利技术的下垂控制系数修正方法首先通过考虑风电调频延时特性的系统频率响
应模型，确定系统频率关键指标，然后分析延时特性对电网频率动态的影响机理，确定各指标受延时的影响，得到得到系统最大频率变化率及稳态频率偏差与延时大小无关，而系统频率最低点随着延时的增大而减小的结论，根据此结论，修正下垂控制系数能够有效的提高系统频率最低点，使其余不考虑延时特性时系统频率最低点一致。
附图说明
[0033]构成本专利技术的一部分的说明书附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。
[0034]图1是本实施例的风电机组综合惯性控制结构；
[0035]图2是本实施例的风机调频有功响应原理图；
[0036]图3是本实施例的风机参与电网调频的扩展SFR模型；
[0037]图4是本实施例的风电机组延时特性对系统频率动态影响；
[0038]图5是本实施例的虚拟惯量功率响应；
[0039]图6是本实施例的调频期间风电机组有功响应；
[0040]图7是本实施例的下垂控制系数修正策略；
[0041]图8是本实施例的不同延时大小时系统频率动态；
[00本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种考虑延时特性影响的风电调频下垂系数修正方法，其特征是，包括以下步骤：建立考虑风电调频延时特性、以及转速恢复控制的系统频率响应模型，通过系统频率响应模型计算得到系统传递函数，并对其进行解析求解得到系统频率关键指标；分析延时特性对电网频率动态的影响机理，确定各关键指标和延时的关系；在确定关系结果的基础上，修正下垂控制系数，使系统频率最低点达到预设要求。2.如权利要求1所述的一种考虑延时特性影响的风电调频下垂系数修正方法，其特征是，建立考虑风电调频延时特性、以及转速恢复控制的系统频率响应模型的具体过程包括构建风电机组综合惯性控制结构，将风电调频功率响应的延时近似等效为一阶惯性环节，表示风机的有功响应；对系统的参数进行折算，在经典系统频率响应模型基础上，加入风电机组的有功控制环节，风机在调频期间采用综合惯性控制，同时考虑风电渗透率水平及风电调频的延时，得到最终的系统频率响应模型。3.如权利要求2所述的一种考虑延时特性影响的风电调频下垂系数修正方法，其特征是，构建风电机组综合惯性控制结构的具体过程包括：下垂控制环节、虚拟惯量控制环节和转速恢复控制环节，其中：虚拟惯量控制环节的输出功率与系统频率变化率成正比，以模拟同步机的惯量响应；下垂控制环节的输出功率与系统频率偏差呈正比，以模拟同步机的一次调频；风电机组正常运行在最大功率点跟踪模式，发生功率扰动时，采用综合惯性控制参与电网调频，响应功率与系统频率变化率与系统频率偏差成正比，调频期间将速度控制器闭锁；当风机退出调频后，风机在速度控制器的作用下将转子转速恢复至额定值，风机恢复至最大功率点跟踪运行模式。4.如权利要求1所述的一种考虑延时特性影响的风电调频下垂系数修正方法，其特征是，通过系统频率响应模型计算得到系统传递函数的过程中，假设功率突变量为阶跃扰动，表达系统频率响应。5.如权利要求1所述的一种考虑延时特性影响的风电调频下垂系数修正方法，其特征是，所述系统频率关键...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘毅，程伟，李占江，李依诺，解鸿龙，徐静，唐鹏，李波，彭冬宇，储银贺，李娜，李镇，王澄宇，王志浩，赵佳琦，田宇，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：